Cartarea fondului de gene umane a fost finalizată

Consorțiul internațional pentru cercetarea genomului uman, condus de Institutul Național de Cercetare a Genomului Uman (NHGRI) din SUA și Departamentul de Energie (DOE), a anunțat pe 14 aprilie că a finalizat cu succes cu mai mult de doi ani înainte de termen. ).

Institutul pentru Cercetări Genetice și-a prezentat noua viziune îndrăzneață pentru viitorul cercetării genetice, proclamând oficial era genomului. Studiul programului va fi publicat în numărul din 24 aprilie al revistei Nature. Se vor împlini exact 50 de ani de când cei doi oameni de știință câștigători ai premiului Nobel James Watson și Francis Crick și-au publicat studiul despre dubla helică a ADN în această revistă. Dr. Watson a fost, de asemenea, primul lider al programului de cartografiere a genelor.

„Proiectul genomului uman este o călătorie uimitoare de descoperire pentru noi înșine, cu scopul de a înțelege instrucțiunile de utilizare a ADN-ului nostru, moștenirea comună a întregii omeniri”, a declarat Francis S. Collins, MD, dr., Director al institutului, care conduce cercetările din 1993. - Planul nostru a fost implementat pe deplin cu mult înainte de termenul inițial și costurile au fost semnificativ mai mici decât estimările preliminare.

Potrivit lui Aristides Patrinos, dr., Director al Oficiului biologic și de mediu al DOE: - Secvențierea bazei genetice umane a fost o întreprindere de pionierat cu toate riscurile și incertitudinile sale. Dar succesul său a adus o revoluție, transformând știința biologiei într-un mod mult peste imaginația noastră. O fereastră s-a deschis într-un imens și complicat peisaj biologic nou. Descoperirea acestuia necesită în continuare noi generații de gândire și tehnologie creativă.

Scopul principal al HGP a fost cartarea secvenței ADN uman. În iunie 2000, consorțiul internațional a anunțat primul contur general al comenzii. De atunci, cercetătorii au lucrat neobosit pentru a realiza o secvență „terminată” din această „schiță”. „Secvența completă” în limba profesiei înseamnă că secvența este foarte precisă (ceea ce înseamnă mai puțin de o eroare la 10.000 de perechi de baze) și este foarte continuă (adică discontinuitățile sunt doar în domeniile în care tehnologia disponibilă astăzi nu este în ordine poate fi specificat în mod fiabil). Acest nivel a fost atins pentru prima dată pe un cromozom uman atunci când o secvență completă a cromozomului 22 a fost pregătită de cercetătorii britanici, japonezi și americani în 1999.

Secvențele completate pregătite de cercetători acoperă aproximativ 99 la sută din fondul de gene umane cu o precizie de 99,99 la sută. Pentru a ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine harta genelor umane, proiectul a stabilit o serie de alte obiective, de la secvențele genetice ale organismelor model până la noile tehnologii necesare studierii întregului genom. La 14 aprilie 2003, cercetătorii au atins și, în unele cazuri, au depășit toate obiectivele stabilite (Obiective HGP).

Când a fost lansat HGP în 1990, o mare parte din comunitatea științifică era destul de sceptică cu privire la faptul că aceste obiective îndrăznețe ar putea fi atinse deloc, mai ales având în vedere constrângerile atât ale timpului, cât și ale banilor. Inițial, Congresul SUA știa că proiectul va costa aproximativ 3 miliarde de dolari (pentru anul fiscal 1991) și va fi finalizat în 2005. În realitate, însă, proiectul a fost finalizat cu doi ani și jumătate mai devreme și a costat 2,7 miliarde de dolari (1991), rămânând în mod semnificativ în cadrul bugetului inițial. (Buget HGP).

- În 1953, nici măcar nu aș fi îndrăznit să visez că în cariera mea științifică aș avea o perspectivă asupra întregului proces, de la dubla helică a ADN-ului până la cele 3 miliarde de componente ale hărții genetice umane. Dar când a apărut ocazia de a cartografia bazinul de gene umane, am știut că este ceva ce ar putea și ar trebui făcut ”, a declarat laureatul Nobel James D. Watson dr., Președintele Cold Spring Harbor Laboratory. - Realizarea unei hărți genetice umane este un eveniment cu adevărat șocant pentru fiecare locuitor al globului.

Pe lângă realizarea obiectivelor sale, rețeaua internațională de cercetare a obținut rezultate pe care oamenii de știință le-au așteptat până mult mai târziu. Unele dintre aceste „rezultate bonus” sunt o schiță avansată a secvenței genei șoarecilor publicată în decembrie 2002, o cartografiere inițială a secvenței genei șobolanilor (noiembrie 2002), mai mult de 3 milioane de variații genetice umane, adică polimorfisme nucleotidice unice (SNP), și generarea ADN-ului complet, complet, a 70% din genele cunoscute la om și, respectiv, șoareci.

În consorțiul internațional, sute de oameni de știință au lucrat în 20 de centre de cercetare din China, Franța, Germania, Marea Britanie, Japonia și Statele Unite. Cele cinci institute care produc cele mai multe secvențe sunt: Baylor College of Medicine, Houston; Facultatea de Medicină a Universității Washington, St. Louis; Institutul Whitehead/Centrul MIT pentru Cercetarea Genomului, Cambridge, Mass.; Joint Genome Institute al DOE, Walnut Creek, California. Și The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, Anglia (Listă).

- Proiectul de identificare a secvenței genetice umane este o realizare unică a biologiei. Colaborarea internațională a oamenilor de știință a avut un rol esențial în succesul acesteia, a declarat Mark Walport MD, directorul desemnat al Wellcome Trust, care conduce proiectul în Marea Britanie. - Genomul este firul comun care ne leagă, așa că este de înțeles că oamenii de știință din întreaga lume au lucrat la secvență.

Toate datele secvenței au fost plasate în baze de date publice fără întârziere, în mod gratuit și gratuit pentru toți oamenii de știință din întreaga lume și nu există restricții privind utilizarea sau distribuirea acesteia. Informațiile sunt vizualizate zilnic de cercetători atât din institutele științifice, cât și din industrie și pot fi accesate de companiile de baze de date comerciale care furnizează informații biotehnologilor.

„Unul dintre principiile de funcționare a proiectului de la început a fost de a pune datele și resursele la dispoziția întregii comunități științifice cât mai repede posibil”, a declarat Robert Waterston, MD, cercetător la Universitatea din Washington din Seattle. - Publicarea rapidă a datelor nu doar servește interesele științei, ci și maximizează beneficiile pentru publicul larg.

În 1996, în timpul unei conferințe în Bermuda, dr. Prin intervenția lui Waterson și John Sulston, pe atunci director al Centrului Sanger (acum The Wellcome Trust Sanger Institute), consorțiul internațional a acceptat așa-numitul Principiul Bermudelor conform căruia secvențele mai mari de 2000 de perechi de baze ar trebui puse la dispoziția publicului în mod automat și cât mai repede posibil.

Oamenii de știință s-au grăbit să profite de noul depozit de date și să aplice instrumentele și tehnologiile dezvoltate de proiect. De exemplu, când proiectul a început în 1990, oamenii de știință au descoperit mai puțin de 100 de gene ale bolii umane. Astăzi, au fost identificate peste 1.400 de gene ale bolii.

Pentru oamenii de știință care doresc să înțeleagă rolul geneticii în sănătate și boală, secvențele finalizate reprezintă un avans semnificativ față de „planul de lucru” anunțat în iunie 2000. Acesta a acoperit 90 la sută din porțiunea care conținea genă a secvenței, dintre care 28 la sută a ajuns la stadiul finalizat și a conținut aproximativ 150.000 de deficiențe. Versiunea completă a hărții genei conține acum 99 la sută din secvențele care conțin gena, cu mai puțin de 400 de goluri definite.

Aceste regiuni nedescoperite sunt părți ale ADN-ului care au o structură neobișnuită și nu pot fi secvențiate în mod fiabil prin tehnicile actuale. Cu toate acestea, există foarte puține gene în aceste zone. Înlăturarea decalajelor necesită proiecte individuale de cercetare și noi tehnologii, nu cercetări la scară industrială de către GHP. Astfel, cartografierea secvențelor genetice umane poate fi considerată completă.

„Aceasta a fost ziua în care a visat echipa noastră de design”, a declarat dr. Bruce Alberts, președinte al Comitetului Consiliului Național de Cercetare pentru Cartografierea și Secvențierea Genomului Uman, înființat în 1988 pentru a compila recomandările originale ale HGP. - Atunci am fi fost șocați de calitatea secvențelor. În 1988, nu eram încă siguri că era posibil să obținem o precizie de 99,99% și nici că vom fi capabili să oferim continuitate peste milioane de perechi de baze. Secvența umană finalizată este un rezultat fabulos. Cercetătorii biomedici au acum o bază pe care să construiască în siguranță medicina secolului XXI. - Dr. Alberts este astăzi președintele Academiei de Științe.

În plus față de precizia ridicată, litera medie ADN de astăzi este o secvență neîntreruptă și de înaltă calitate de 27.332.000 de perechi de baze, de aproximativ 334 de ori mai lungă decât întinderea de 81.900 de perechi de baze din faza schematică. O mare diferență pentru oamenii de știință care vânează gene este că aceștia au acces la secvențe ADN neîntrerupte, deoarece face incredibil de ușor și mai ieftin scanarea zonelor de pe harta genelor umane care conțin mutații mici și foarte adesea rare, responsabile de dezvoltarea unei boli.

Cartografierea bazei genetice umane este o etapă remarcabilă în istoria științei. „Punctul culminant actual marchează începutul unei noi ere în medicină și cercetare”, a declarat dr. Eric Lander, director al Centrului Whitehead-MIT pentru Cercetarea Genomului. - Biologia se transformă în tehnologia informației, care poate oferi o imagine cuprinzătoare a sistemelor biologice. Cunoscând toate componentele celulelor, vom putea face față problemelor biologice la cel mai de bază nivel.

Cartarea esențial completă a bazei genetice umane este, de asemenea, utilă pentru știința rapidă a genomicii comparative. Cercetătorii încearcă să afle mai multe despre fondul de gene umane prin compararea secvenței noastre genetice cu secvențele genetice ale altor organisme, cum ar fi șoarecele, șobolanul sau muslica.

- Unul dintre cele mai eficiente instrumente pentru a înțelege propriul nostru fond de gene este plasarea acestuia în contextul unui cadru mai larg. Acest cadru ne este oferit de studiul și analiza bazei genetice a altor organisme, spune dr. Richard Gibbs, directorul Centrului de Secvențiere a Genomului Uman de la Baylor College of Medicine. - Identificând asemănările și diferențele dintre mamifere și alte organisme, putem obține noi descoperiri valoroase în domeniile evoluției umane, sănătății și bolilor.

Cu toate acestea, efectele HGP depășesc cu mult lumea analizei de laborator. Condus de Dr. Watson, HGP a fost prima întreprindere științifică la scară largă care și-a dedicat o parte din buget cercetării implicațiilor etice, legale și sociale ale activității sale. Atât NHGRI, cât și DOE au cheltuit 3-5 la sută din bugetele lor studiind impactul pe care rata amețitoare de creștere a cunoștințelor noastre despre genetică umană îl afectează pe individ, instituții și societate. Un exemplu al modului în care cercetarea a ajutat la informarea publicului este faptul că peste 40 de state din Statele Unite au adoptat legi anti-discriminare genetice, dintre care multe sunt limbajul acestei cercetări. Aceste eforturi vor fi și mai importante în viitorul apropiat pe măsură ce rezultatele cercetărilor genetice încep să apară și în clinici.

„Acest proiect este o piatră de hotar în istorie”, a spus Dr. Collins. - Dar nu se oprește. Având la bază această cunoaștere, beneficiile promise de proiect vor fi în curând tangibile.

În acest scop, NHGRI lansează o serie numită „Mari provocări” pentru a încuraja comunitatea științifică să traducă cunoștințele nou dobândite despre fondul de gene în cauzele bolilor și noi abordări îndrăznețe pentru prevenire și tratament. Acest plan este rezultatul a mai mult de un an de discuții cu peste 600 de personalități proeminente din guvern, cadre universitare, organizații non-profit și sectorul privat.

Un studiu publicat în Nature compară provocările cercetării genetice cu o casă cu trei etaje bazată pe proiectul genomului uman. Cele trei niveluri (genomica în biologie, genomica în sănătate și genomica în societate) sunt ținute împreună de piloni verticali: biologie computerizată, contexte etice, juridice și sociale, educație, formare, dezvoltare tehnică și surse.

Multe dintre provocări vizează utilizarea rezultatelor cercetării genetice pentru a combate bolile și pentru a obține o sănătate mai bună. Recomandările atrag atenția cercetătorilor asupra următoarelor:

- Dezvoltarea de noi instrumente pentru cercetarea componentelor moștenite ale bolilor comune, cum ar fi diabetul, bolile de inimă sau bolile mentale

- Noi instrumente pentru depistarea precoce a bolilor

- Noi tehnici care permit realizarea hărții genetice a oricui pentru mai puțin de 1.000 USD

- Disponibilitatea instrumentelor și tehnicilor de genomică chimică pentru accelerarea invenției medicamentelor.

NHGRI și partenerii săi au abordat deja multe dintre provocările de mai sus. În noiembrie 2002, de exemplu, cercetătorii din șase țări au publicat Proiectul internațional HapMap, o hartă a variațiilor genetice umane comune, cu scopul de a accelera cercetarea genelor responsabile de dezvoltarea cancerului, diabetului, bolilor de inimă, schizofreniei și multe altelor. boli frecvente.

„Reaprovizionarea bazei genetice umane nu este un scop în sine, ci mai degrabă începutul unei noi ere interesante”, a spus Dr. Collins. - Credem că binele urmează să vină și cerem oamenilor de știință și tuturor locuitorilor Pământului să ni se alăture, astfel încât să putem face viziunea o realitate.

DOE și-a dezvoltat, de asemenea, planul de cercetare genetică. Publicat în numărul din 11 aprilie al revistei Science, proiectul își propune să înțeleagă modul în care microbii pot crea noi oportunități de a dezvolta energie curată, de a reduce schimbările climatice și de a face mediul mai curat. Acesta își propune să combine cercetarea biologilor, inginerilor și specialiștilor în calculatoare cu dezvoltarea celor mai noi instrumente.